高速公路沥青路面早期病害防治研究.pdf

总653期2023年第23期（8月 中）收稿日期：2022-12-01作者简介：侯培伦（1994），男，从事公路工程施工相关工作。高速公路沥青路面早期病害防治研究侯培伦（石家庄市交通设计咨询集团有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：为解决高速公路沥青路面早期病害问题，针对唧浆、坑槽与松散、裂缝、车辙及泛油等高速公路沥青路面常见早期病害，从面层厚度确定、混合料生产、施工、养护与营运管理方面提出高速公路沥青路面早期病害防治方法，以保证高速公路沥青路面早期病害防治效果。关键词：高速公路；沥青路面；路面早期病害；病害防治中图分类号：U416.217；U418.6文献标识码：B0 引言沥青路面是当前高速公路最常见的路面形式，在实际使用过程中，由于设计、施工、环境等方面的原因可能出现一些早期病害，轻则影响路面的整体外观，严重时将导致路面损坏，甚至威胁行车安全。因此，有必要针对高速公路沥青路面常见早期病害，提出有效的防治措施。1 高速公路沥青路面常见早期病害1.1 唧浆、坑槽与松散唧浆对路面整体外观与行驶质量都有很大影响，且常伴随其他病害，如坑洞、沉陷与裂缝。唧浆的表现形式为浆液通过短裂缝翻出或从坑洞处翻出。在水不断进入下面层结构中后，导致沥青和集料之间发生剥离，使混合料松散，集料因受荷载持续作用连续撞击基层，使基层中的粉质颗粒变成稀浆，由裂缝向外挤出1。坑槽与松散指路面产生类似于碗状的坑洞，一般是脱皮、松散和龟裂发生后未能及时处理造成的结果。坑槽一般产生于主车道，且挖方段可能存在连续分布的坑洞。根据路面修复经验，有坑槽病害的路段，其路面结构内部均存在积水，通过对基层的进一步开挖还可能发现，由于基层含水量相对较大，结构松散，每个结构层之间的界面上会有大量水存在。另外，在基层开挖结束一段时间后，基层上部坑槽也可能产生积水。1.2 裂缝裂缝的表现形式主要有3种，即横向、纵向与网状裂缝。裂缝的主要危害为水通过裂缝下渗导致基层或路基软化，使路面承载能力下降，导致路面破坏速度加快。纵向裂缝通常属于沉降裂缝，产生于半填半挖段及填方段，主要表现形式为沿路线纵向于填挖交界处与沉降变化界面和基层结构一同发生开裂，宽度为上宽下窄。导致纵裂产生的原因包括：因压实不到位导致基层或路基产生不均匀沉降；在路线范围内分布软基且沉降不一，导致填方段施工完成后产生的沉降不一致；面层摊铺过程中纵向搭接存在问题。横向裂缝以反射裂缝为主，同时伴随产生收缩裂缝。一般情况下，在交工验收后的第一年基本不会产生横向裂缝，而经过一年后，尤其是在冬季过后，横向裂缝数量不断增加，且伴随路面使用年限的进一步延长，裂缝数量也会越来越多2。网状裂缝通常为沉陷裂缝，其产生原因为在行车荷载持续作用下，由于裂缝之间相互交错，可形成不规则的网状，所以被称为网状裂缝。该类裂缝的初始形态为在轮迹带上分布若干近似平行的纵向裂缝，然后在相邻两条纵向裂缝之间产生连接缝。对于因路面弯沉值相对较大或结构层过分压密产生龟裂病害的路面，往往伴随沉降变形现象，使路面平整度明显恶化。无论是基层强度较低、排水不畅，还是混合料由于老化等原因变硬、变脆，都有可能引起网状裂缝。另外，绝大多数情况下在沉陷裂缝的产生部位，基层结构也产生不同程度的破坏。1.3 车辙车辙也属于普遍性病害，大部分高速公路都有可能产生，一般产生于行车道，特别是上坡段与服务区附近。车辙病害是在高温条件下路面受到荷载持续作用产生的黏塑性变形，前期车辙病害产生于上、中两个面层，而后期由于中面层趋于稳定，所以只产生于上面层。车辙产生的外因包括荷载与环境，而内因包括材料、施工工艺和结构。车辙病害受材料、级配与76交通世界TRANSPOWORLD工艺等因素的影响相对较大，尤其是混合料配合比。车辙病害会对路面平整度造成影响，还会降低路面结构强度，导致其他病害产生。降雨时，车辙与沉陷发生区域一般排水不畅或产生积水，将导致车辆滑移，危及行车安全。另外，车辙的大规模产生已经影响高速公路运营质量，缩短路面使用寿命。基于此，须对车辙现象引起足够的重视，采取有效措施加以处理。1.4 泛油新建路面正式通车后，经过长时间连续高温作用和行车荷载作用，使结构被进一步压实，导致混合料中处于自由状态的沥青发生上移，出现泛油，这一现象在沥青用量相对较大的路段表现的更加明显。在高温季节，雨水侵入混合料中后，当沥青和矿料之间的黏结力较低时，集料表面的沥青将发生剥落并开始向上移动，导致严重泛油。一般情况下，泛油只产生于行车道且呈片状分布。在泛油较为严重的路段，面层较光亮，降低摩擦系数，危及行车安全，容易引发交通事故。如前所述，沥青用量过大是导致该类病害发生的主要原因，而使沥青用量过大的原因有：配合比设计过程中击实功不足，现阶段沥青混合料配合比设计方法仍以马歇尔试验法为主，试验过程中，若所用击实功不足，将使沥青用量偏多；施工过程控制不严格，管理不到位，部分施工单位生产时随意更改配合比或混合料的拌制不充分均匀都会导致部分路段混合料的沥青用量过大；某些施工单位错误地认为沥青用量大则裹覆能力强，拌和出来的混合料有更强的黏结力，但事实并非如此，根据相关资料可知，只有在沥青膜达到一定厚度后才能使混合料黏结力达到最大，一旦超出临界值，将导致黏结力明显下降。2 高速公路沥青路面早期病害防治2.1 面层厚度的确定在确定面层总厚度的过程中要综合考虑下列几方面因素。（1）路面结构整体刚度。主要由基层与底基层结构提供，目前绝大多数半刚性基层都有一定强度与承载力，所以通过增加基层厚度能起到改善路面结构整体刚度的作用，相较于单纯增加面层厚度有更好的经济性，实际效果也更好。（2）路面在高温条件下的稳定性。如前所述，车辙病害的产生主要和结构层发生累积残余变形有关，由于半刚性基层有很大刚度，所有车辙的产生原因为面层发生压缩变形，并向侧面挤出。基于此，当面层厚度相对较大时，车辙也较为明显。（3）路面整体平整度。平整度实际上是一个叠加后的结果，和每个结构层都有一定关联，不仅是上面层细料。因此，要想提高路面平整度，应确保每一层结构都有足够的厚度，否则必定影响最终的平整度结果。除以上因素外，面层厚度还和混合料中的最大粒径直接相关，当最大粒径过大时，如果厚度不足，将导致粗集料离析，严重时还有可能将粗集料压碎。不同粒径对应的层厚如表1所示。表1 粒径和层厚混合料名称公称最大粒径/mm对应的最大粒径/mm3倍公称最大粒径的最小层厚/mm2.5倍公称最大粒径的最小层厚/mm2倍公称最大粒径的最小层厚/mmAC-109.513.2292419AC-1313.216403326AC-161616484032AC-201926.5574838AC-2526.531.5806653AC-3031.537.5957963考虑到经济性因素，现阶段高速公路面层厚度通常在 1517 cm 范围内，当下面层采用 AC-30 混合料时，需按照公称最大粒径的2.53.0倍确定最小层厚，即7995 mm，可见这是不现实的。当采用AC-25混合料时，同样按照公称最大粒径的2.53.0倍确定最小层厚，即6680 mm，设计与施工可以实现。基于此，下面层不建议采用AC-30混合料，应优先考虑AC-25混合料。当中面层混合料为 AC-20系列时，按照公称最大粒径的2.53.0倍确定最小层厚，即4857 mm，此时可选择厚度为6 cm的AC-20混合料；当中面层混合料为AC-16系列时，按照公称最大粒径的2.53.0倍确定最小层厚，即 4048 mm，此时可选择厚度为 5 cm 的AC-16混合料。当上面层所用混合料的公称最大粒径为16 mm时，按照公称最大粒径的3.0倍确定最小层厚，则面层厚度需要达到48 mm，而按照公称最大粒径的2.5倍确定最小层厚，则面层厚度需要达到40 mm，这和普通高速公路的面层厚度基本相符。由于当公称最大粒径为13 mm时的面层构造深度可以达到行车要求，所以面层可采用AK-13，即公称最大粒径为13.2 mm。为保证高速公路工程建设成本合理性，面层厚度建议控制在1618 cm范围内，比如下面层采用厚度为7 cm的AC-25混合料，中面层采用厚度为6 cm的AC-20混合料或厚度为5 cm的AC-16混合料，而上面层采用厚度为4 cm的AC-13混合料。77总653期2023年第23期（8月 中）2.2 混合料生产方面针对混合料生产拌制不均匀方面的问题，根据高速公路所在地区实际情况对不同结构层所用集料提出具体技术要求。不同地区的集料规格有所不同，一般按照要求配备多种方孔振动筛，在条件允许的情况下可自行轧制。从外部采购集料后，需要由专门的试验部门检验，当通过率误差小于 5%时，可作为相同规格的集料进行堆放。按照具体的结构形式对集料进行分档，并在拌和站的冷料仓内设置隔离措施，做好场地硬化处理，避免污染与窜料。明确与当地实际情况相符的结构层混合料级配范围及技术要求。针对混合料生产拌制、摊铺与碾压施工确定要求的温度，并对沥青和集料之间的黏结能力进行综合评价。通过对各环节的严格控制，尽可能减少或避免离析现象的发生，并通过在不同环节加强温度控制，保证路面施工完成后的质量均匀性3。2.3 施工方面路面施工中要做好透层油及黏层油的洒布，在各结构层铺筑开始前要预先确保顶面清洁。根据施工经验，对半刚性基层而言，建议采用慢裂型乳化沥青作为透层油。当采用洒布车进行喷洒时，应确保车速保持一致，避免形成流淌与明显的油膜，同时防止出现空白处，喷洒完成后尽快撒布一层石屑或粗砂，并用压路机进行一遍稳压，清扫剩余的浮料。施工中所用黏层油要有足够的黏附性，以脚踩后有显著黏附感为准，以防取芯后发生分离。施工中要严格控制材料规格，按照集料实际干燥程度确定适宜的烘干时间，并保证各类外加剂掺入的均匀性，适当改善现场的摊铺与碾压工艺，避免离析，使压实度指标切实满足设计和规范要求，若摊铺完成后混合料有较高的初始压实度，则可借助轮胎压路机实施初压。碾压对沥青路面而言有重要作用，通过碾压能减小空隙率，防止外界水侵入和车辙病害的发生4。在沥青路面压实方面建议引入智能压实技术。智能压实系统由振动压路机、高精度定位天线、无线网络、车载显示终端、振动传感器、温度传感器与大数据云平台几部分构成，既可以实现单机作业，也支持机群协同作业，能适应多种工况环境。该系统的具体操作流程为：搭设定位基站，并导入道路数据模型检查压路机是否满足施工要求选择试验路段开展相关性校验建立专门的压实度模型，设定压实目标值控制施工压实均匀性取芯数据和智能压实系统数据相关性分析施工段连续智能压实控制结束编制智能压实施工总结报告。实践表明，通过对智能压实系统的引入，能保证压实工艺被有效执行。压实完成后，包含压实度与构造深度等在内的性能指标离散性都很小，尤其是关键指标，普遍优于其他采用常规压实技术的路段。2.4 养护与营运管理方面建议对沥青混凝土路面开展预防性养护，不能在病害发生后再处理，及时的养护可以达到事半功倍的目的。同时应加强日常养护，尤其在降雨后，一旦养护不及时、不到位，将导致病害面积明显增大或进一步延伸，最终引起大面积破坏5。养护中应充分注意修补的工艺与质量，在工艺上应确保混合料有良好的密实度。养护工作除了要及时快速，还应做到安全可靠，尽可能缩短养护的持续时间，并尽量不封闭交通。快速养护已经成为当前高速公路养护事业的主要发展趋势，需通过对养护机械与工艺的持续改进，在保证养护效果的同时，缩短对车道的占用时间，将养护对公路正常通信造成的影响降至最低。3 结束语综上所述，高速公路沥青路面可能出现包含唧浆、坑槽、松散、裂缝、车辙及泛油等在内的早期病害。本文对这些早期病害的特点、产生原因及防治措施进行了分析与总结，可为高速公路沥青路面设计施工提供技术参考，减少早期病害的发生，从根本上延长沥青路面的使用寿命。参考文献：1 宋云梅.高速公路沥青路面坑槽病害的形成机制与防治措施J.四川水泥，2022（7）：251-253.2 杨建峰.高速公路沥青混凝土路面的早期病害与质量控制研究J.运输经理世界，2022（16）：29-31.3 吴锟.浅析高速公路沥青路面早期损坏分析与防治J.城市建设理论研究，2020（18）：87-88.4 赵艳纳，谢雨珊，孙一婵.广西高速公路沥青路面典型病害调查及防治对策J.西部交通科技，2019（9）：16-18，35.5 王芮文，欧定福，曹妍.AB高速公路沥青路面早期病害原因及影响研究J.江苏建筑，2017（4）：95-98.78